Mo-Ni-B系三元硼化物制备与性能研究评述

Mo-Ni-B三元硼化物具有优良的力学性能和耐磨耐蚀性能。反应烧结法是最常见的制备方法。单纯添加不同元素(如Cr、V、Mn)或同时添加这些元素以及改变Mo/B原子比,会对陶瓷的力学性能(抗弯强度、硬度)、微观组织(平均粒径、收缩率、形成晶系)、耐磨耐蚀性能产生影响。Mo_2NiB_2在烧结过程中会因烧结温度和添加的元素等形成四方晶M_3B_2、M_5B_3以及斜方晶M_3B_2、M_5B_3等,这些物相与最终的性能密切相关。添加V或Cr会提高抗弯强度和硬度,促使斜方晶体M_3B_2向四方晶M_3B_2转变。添加Mn会细化Mo_2NiB_2晶粒,提高力学性能。M5B3只有在添加了其他元素后才会出现,并且与添加元素的含量、热处理及Mo/B比有关。烧结法制备的Mo_2NiB_2最高抗弯强度可达3.25 GPa,硬度可达89.6HRA。烧结法制备的陶瓷涂层在具体应用时需再次进行烧结才可与基体结合。而激光熔覆反应法及其他喷涂法可以在基体上直接形成陶瓷涂层。激光熔覆反应法可以制备耐蚀性超过304SS不锈钢的复合陶瓷涂层,硬度可达1100HV以上,制备工艺如激光工艺参数(激光功率、扫描速度)、粉末体系(原子比、添加元素)对涂层性能有很大的影响。激光功率为2500 W、扫描速度1.5 mm/s、Mo/B比为1时可获得性能优良的Mo_2NiB_2涂层。     

La2O3含量对Mo2NiB2金属陶瓷微观组织及断裂性能的影响

采用真空热压烧结工艺制备了不同La_2O_3含量(0,0.3,0.6,0.9,1.2 mass%)的Mo_2NiB_2金属陶瓷材料,用电子万能材料试验机测定材料的弯曲强度与断裂韧性,用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)观察分析材料的物相和组织结构。结果表明:随着La_2O_3含量的增加,Mo_2NiB_2金属陶瓷断裂韧性逐渐下降,当La_2O_3含量为0.6 mass%时,其弯曲强度值达到最大,为1050.36 MPa;Mo_2NiB_2金属陶瓷断裂的断裂方式表现为:Mo_2NiB_2相呈现脆性解理断裂,Ni基固溶体相主要为韧窝延性断裂。     

镍基合金的析出相及强化机制

用结构分析和性能测试方法,研究了2种镍基合金（617和625）的时效析出相及强化机制。结果表明：在760℃时效过程中,617和625合金均析出面心立方结构的M23C6碳化物和面心立方有序结构的γ′相,M23C6碳化物分布于晶界和晶内,γ′相分布于晶内。此外,625合金还析出体心四方结构的γ″相。2种合金的晶内析出相（M23C6和γ′）稳定性好,617合金的晶界析出相（M23C6）在760℃时效3000 h后聚集长大,仍为不连续分布,可阻碍晶界滑移;625合金的晶界相（γ″相）随760℃时效时间延长数量增多。M23C6作为时效态617合金的主要析出相,弥散分布于晶界和晶内,有利于析出强化,从而提高了617合金的强度和硬度。γ″相作为625合金中的强化相,γ″相与基体（γ）之间的点阵错配度大,共格应力导致的强化作用明显,导致时效态合金的高屈服强度和硬度。     

固溶处理对Ni-Cr-W合金碳化物的影响

采用SEM、TEM和XRD等测试方法,研究了一种Ni-Cr-W合金经不同温度（1230~1300 ℃）和不同时间（10~120 min）固溶处理后的显微组织。结果表明：经过固溶处理后,合金的析出相为富W的面心立方M6C和富Cr面心立方的M23C6。随着固溶温度升高和保温时间延长,碳化物体积分数降低。在1270 ℃, 120 min时,大部分的碳化物溶解进入基体,孪晶处的碳化物首先发生溶解。M6C与基体不存在任何位向关系,晶界上析出的M23C6(220)晶面与基体(11)晶面的夹角为30°。     

激光熔覆原位合成Mo_2NiB_2的热力学分析及数值模拟

计算了Mo-Ni-B三元系生成化合物和氧化反应产物的吉布斯自由能。结果表明反应过程中氧的存在对合成Mo_2NiB_2有很大的危害。从能量守恒的角度分析了材料吸收能量与激光输出能量的关系。利用ANSYS模拟了激光熔覆原位合成法的温度场。结果表明该制备法与烧结法反应机制不同。大功率激光辐照下温度迅速升至材料熔点,纯物质Mo、Ni、B在液相下发生反应形成Mo_2NiB_2。在激光功率为2500 W,扫描速度为1 mm/s的工艺条件下,获得了良好的Mo_2NiB_2金属基陶瓷涂层。     

5Cr8Mo2SiV钢淬火和回火过程中碳化物的析出

对球化退火后的5Cr8Mo2Si V刃具钢进行淬火和回火工艺的探究,用SEM和EDS对淬、回火后的显微形貌进行分析,用碳化物电解萃取和XRD分析等研究了5Cr8Mo2Si V刃具钢淬、回火过程中碳化物的析出行为,并用Jmat-Pro模拟回火过程中碳化物析出相的变化。结果表明:5Cr8Mo2Si V钢退火试样在1100℃淬火+520℃回火时有明显的二次硬化现象,球化退火组织中存在VC、Cr_(23)C_6、Cr_7C_3、Fe_3C、Si C和Mo_6C类碳化物。Mo_6C、Si C、Fe_3C、Cr_7C_3和Cr_(23)C_6型碳化物随着淬火温度升高依次溶入马氏体基体,最终只有VC分布在基体上。Mo_2C、VC、Cr_7C_3和Cr_(23)C_6型碳化物在回火过程中从马氏体中析出,且Mo_2C和VC型碳化物在520℃回火析出量出现峰值。结合Jmat-Pro模拟结果发现,5Cr Mo2Si V钢的二次硬化现象是残留奥氏体二次淬火和Mo_2C粒子的第二相强化共同导致,且Mo_2C粒子第二相强化效应符合位错切过机制。     

690合金的显微组织研究

应用透射电子显微镜（TEM）研究了690合金经固溶热处理,及经不同温度（600－800℃）和不同时间（0．5－200h)时效热处理后的显微组织,结果表明：690合金经过固溶处理及时效热处理后,在晶界上析出面心立方结构的碳化物M23C6;碳化物优先在晶界位错缠结后成核。在大角度晶界处,一偶晶粒的（100）晶面与界面接近平行时碳化物更容易析出;晶界上析出的碳化物总量与同一侧的基体有立方－立方的共格取向关系;碳化物不在孪 晶面上析出,但会在孪晶端头的非共格界面上析出,析出后沿＜110＞生长较快,形成针状;通过特殊热处理可以控制和调节晶界面碳化物的长大和贫Cr区中的Cr 含量,以获得最佳耐腐蚀性能。     

人工时效7055铝合金晶间腐蚀形貌与微观机理的关系

通过浸泡腐蚀实验、SEM、TEM和元素面扫描,研究了人工时效对7055铝合金晶间腐蚀行为的影响。结果表明：合金在120 ℃时效时,晶界析出相优先发生腐蚀;而在400 ℃时效时,晶界析出相周围铝基体优先发生腐蚀。TEM及元素面扫描结果显示,合金在120 ℃时效时,随着时效时间的改变,由于晶界析出相粗化、析出相间距加宽以及晶界析出相Cu含量的提升,导致合金腐蚀形貌由典型晶间腐蚀形貌向点蚀形貌转变。合金在400 ℃时效时,Cu元素几乎都偏聚于晶界析出相中,周边基体贫Cu,晶界析出相腐蚀电位反而高于基体,导致晶界周边基体腐蚀为主导的晶间腐蚀形貌。     

激光熔覆原位合成Mo2NiB2涂层工艺研究

目的选择和优化激光熔覆工艺参数,以制备三元硼化物金属基陶瓷Mo_2NiB_2涂层。方法通过激光熔覆原位合成法在碳钢表面制备了以Mo_2NiB_2为增强相的涂层,并采用金相显微镜、扫描电镜(SEM)及X射线衍射(XRD)对涂层组织进行分析。利用ANSYS计算熔覆过程的温度场,进而计算涂层凝固特征参数,即凝固形状控制因子。结果微观组织分析表明,在激光功率为2500 W、扫描速度为1.5 mm/s、预置厚度为1 mm时,可获得细密、均匀的组织,涂层中白色部分为生成的Mo_2NiB_2,灰色部分为Fe、Ni固溶体。涂层与基体结合部位以平面晶形式生长,然后以树枝晶的方式远离界面生长。温度场及凝固特征参数的计算表明,温度梯度达105℃/m数量级,形状控制因子达109(℃·s)/m~2数量级。结论激光功率的增加会使涂层中的枝晶组织趋于细密,形状因子K值大幅增大。凝固形状控制因子K为3×10~9~5×10~9(℃·s)/m~2时,凝固组织为平面晶,表现为"白亮带";K为7×10~9(℃·s)/m~2以上时,凝固组织为树枝晶;K为13×10~9(℃·s)/m~2时,树枝晶晶粒出现明显的细化现象。     

Mg_2Si及Si粒子在Al-Mg-Si合金晶间腐蚀中协同作用机理的多电极偶合研究

通过测定Al-Mg-Si合金晶界各组成相的极化曲线及不同Mg/Si比Al-Mg-Si合金晶界组成相(AlMg_2Si及Al-Mg_2Si-Si)间的动态电化学偶合行为,研究了不同Mg/Si比Al-Mg-Si合金的晶间腐蚀机理。研究表明,晶界Si电位比其边缘Al基体正,在整个腐蚀过程中作为阴极导致其边缘Al基体的阳极溶解。晶界Mg_2Si电位比其边缘Al基体负,在腐蚀初期将作为阳极而发生阳极溶解;由于Mg_2Si中活性较高元素Mg的优先溶解,不活泼元素Si富集,致使Mg_2Si电位正移,甚至与其边缘Al基体发生极性转换,导致其边缘Al基体的阳极溶解。Mg/Si1.73的Al-Mg-Si合金晶界只存在不连续分布的含Mg、Si的析出相,不能在晶界形成连续腐蚀通道,合金不表现出晶间腐蚀敏感性。Mg/Si1.73的Al-Mg-Si合金晶界同时析出含Mg、Si析出相和Si粒子;腐蚀首先萌生于Mg_2Si相;而后,Si粒子一方面导致其边缘无沉淀带严重的阳极溶解,另一方面通过加速Mg_2Si和晶界无沉淀带的极性转换,协同促进了Mg_2Si边缘无沉淀带的阳极溶解,即腐蚀沿晶界Si粒子及Mg_2Si粒子边缘的无沉淀带发展。Si粒子促进了腐蚀的发展,导致合金表现出严重的晶间腐蚀敏感性。     

热处理对铸造高钨高速钢组织的影响

采用铸造法制备了高钨高速钢,利用XRD、OM和SEM研究热处理后高钨高速钢中碳化物与基体的演变。结果表明:铸态组织中一次碳化物为M6C,主要沿晶界分布,M6C与基体之间存在过渡区域。退火后过渡区域消失,继续淬火后有少量细小的二次碳化物沿晶界析出,回火后二次碳化物大量沿晶界析出。铸态高钨高速钢未经过退火处理而直接进行淬火和回火处理后,基体主要是奥氏体,而且仅析出少量的二次碳化物。     

高速钢中马氏体二次硬化的TEM研究

研究了含4％Co的M42基体钢在250—700℃回火区间的析出相低温回火有M_3C(M以Fe为主)碳化物析出,400℃以上回火,数量逐渐减少.500—560℃观察到一个衍射芒线的演化过程.在580℃回火时观察到面心立方M_2C(M以Mo为主),700℃时面心立方M_2C全部转变成六方M_2C,还有VC和Cr_(23)C_6。衍射芒线是由于合金元素Mo,W与碳元素在{100}_(α′)面上的偏聚造成的,是由复合偏聚区向过渡相(面心立方M_2C)的演变.这一演变使M42基体钢回火出现二次硬化现象。     

蠕变过程中P91钢晶界析出相的变化行为

对600℃和650℃蠕变持久断裂试验过程中P91钢组织演变及晶界析出相的变化规律进行了研究。结果表明，在蠕变过程中，P91钢马氏体板条组织随蠕变断裂时间增加逐渐趋于分散，晶界析出相的数量及尺寸增加。晶界上的析出相主要为M₂₃C₆相和Laves(Fe₂Mo)相，Laves相的形核点主要位于晶界上M₂₃C₆相界面处，晶界上的M₂₃C₆相与基体相比具有更高含量的Mo,为Laves相的形成和粗化提供了有利条件，同时晶界上偏聚的Si增加了钢的自扩散系数，促进了Laves相的形成，也使得Laves相的粗化速率较M₂₃C₆相更高。在蠕变过程中P91钢的硬度随断裂时间的延长呈下降趋势，且试验温度越高硬度下降越明显。     

超音速火焰喷涂原位制备MoB/NiCr金属陶瓷涂层的组织结构

通过机械球磨结合粘结破碎法制备了Mo-B-Ni-Cr复合粉末,然后采用超音速火焰喷涂方法在316L不锈钢基体上制备了MoB/NiCr涂层。采用扫描电镜、X-射线衍射仪、激光粒度、图像法和硬度计等手段观察并分析了粉末和涂层的组织结构。结果表明,复合粉末的组织形态呈近球形,复合粉末各粒子间结合良好;通过X-射线衍射发现,复合粉末的主要物相为Mo、Ni和Cr三相。原位制备的涂层组织致密性良好,孔隙率仅为0. 23%,且涂层扁平粒子间及涂层与基体界面之间结合良好。涂层中原位生成了Mo_2NiB_2三元硼化物。     

塑性变形对Mg-Gd-Y-Zr合金析出行为及拉伸断裂行为的影响

研究塑性变形对Mg-10Gd-3Y-0.6Zr合金析出行为及拉伸断裂行为的影响。结果表明：塑性变形引发的晶体缺陷为时效析出提供了更多的形核核心,不仅使β′相的数量增加,还促进晶界、孪晶与基体界面处析出相的生成。析出相数量的增多可有效阻碍拉伸变形过程中的位错滑移从而强化合金基体,2%变形合金可实现强度与塑性的良好配合。塑性变形量增大,微裂纹在晶界析出相与基体界面处产生并沿晶界扩展,再加之断口表面平滑刻面的形成导致合金的拉伸性能降低。     

Pb2Nb2O7-NaNbO3-SiO2纳米复合材料的制备及其介电性能

通过辊压成型及随后的可控结晶过程,制备Pb2Nb2O7-NaNbO3-SiO2系纳米复合材料。X射线衍射分析结果表明：温度为750-000℃时,Pb2Nb2O7,NaNbO3和PbNb2O6晶相可在玻璃基体中析出：Pb2Nb2O7相在750℃结晶析出,850℃消失;NaNbO3为850℃时的主晶相：而PbNb2O6相的晶化温度为850℃;由可控结晶技术制备的玻璃陶瓷介电性能受热处理过程中所形成的相组成影响很大;试样在850℃退火3h,具有最高的介电常数（〉600）。微观结构分析结果表明,残余玻璃相填充在纳米晶粒的晶界处。电镜分析进一步发现,850℃退火3h的试样中不均匀地分布着纳米NaNbO3和PbNb2O6颗粒,这是材料具有高介电常数的主要原因。     

航空发动机叶片铸造缺陷激光熔覆修复层的组织结构

采用自配的添加稀土氧化物Y2O3和复合变质剂的镍基合金粉末对叶片铸造缺陷进行激光熔覆修复.利用SEM、EDS、EPMA、TEM对熔覆层的组织结构进行了研究.结果表明,熔覆层内原位析出微米或亚微米白色颗粒相,主要分布于晶界.熔覆层中的组成相为基体相γ-Ni,六方结构的W2C、MoC和面心立方的TiC.     

硼对快凝Ni3Al组织结构及力学性能的影响

本文通过快凝及加硼合金化的方法改善金属间化合物Ni_3Al的韧性。实验表明:加入0.5-1.4at.-％的硼对Ni_3Al的塑性提高最有利。结构分析表明:在含1.37at.-％硼的Ni_3Al中,硼以Ni_(23)B_6弥散相及晶界偏聚方式存在;当硼量增至2.22at.-％时,硼以粗大的Ni_(23)B_6及NiB_(12)相在晶界处析出。无硼的Ni_3Al晶界为大角度晶界;当硼加至1.37at.-％时,Ni_3Al晶界以位错排列成亚晶界,以小角晶界形式存在。     

固溶温度对Cr-Co-Mo马氏体钢碳化物演变及力学性能的影响

利用SEM和TEM研究了固溶温度对Cr-Co-Mo马氏体钢碳化物演变行为及力学性能的影响。结果表明,随着固溶温度的升高,基体中M₆C碳化物回溶,屈服强度下降而室温冲击吸收能量递增;原始奥氏体晶粒由于缺乏晶界上球形M₆C碳化物的钉扎作用迅速长大,细晶强化效果减弱,但晶界处裂纹源减少使得韧性提高。在1120 ℃固溶后晶粒尺寸最大,而马氏体基内析出与基体共格的纳米棒状M₂C碳化物平均粒径最小、单位面积百分数最高和颗粒间距最短,因此即使损失了细晶强化效果,但析出强化增补了强度,使得屈服强度在晶粒长大后不发生大幅下降;同时,由于共格析出提高了基体的变形协调性,韧性也未发生降低。     

P92钢高温蠕变损伤分析

对650℃,100 MPa条件下蠕变1546.5 h的P92钢试样进行了组织热损伤及应变损伤观察,分析了蠕变孔洞形成机理。结果表明,分布于板条间的M23C6相的粗化不明显,保持较高的数量密度,晶界上粗大的M23C6相大部分消失,导致其体积分数明显减少。在晶界上析出密集分布的的Laves相,平均等效直径为320 nm,体积分数约为2.6%。在晶界上形成了单个分布的蠕变孔洞,蠕变孔洞的形成与晶界上析出Laves相密切相关。由于Laves相分布于晶界,其沉淀强化作用不大,使基体合金元素贫化,促进蠕变孔洞的形成而降低P92的蠕变断裂强度。要进一步提高新型马氏体热强钢蠕变性能的关键是抑制Laves相在晶界的析出。